Снип молниезащита и заземление зданий сооружений. Требования предъявляемые к молниеотводам. Количество поражений молнией наземных сооружений

Порядок обустройства грозовых отводов (молниезащиты) на объектах промышленного и гражданского назначения регулируется целым рядом нормативных актов и стандартов, начиная с ПУЭ и кончая отдельными ведомственными инструкциями. Все эти документы содержат требования к молниезащите в части, касающейся проектирования (расчёта), монтажа, ввода в эксплуатацию и обслуживания этих систем.

Части конструкции

Для более точного понимания сути требований следует принять во внимание, что типовая состоит из следующих основных частей:

Таким образом, каждый из составных элементов молниезащиты выполняет свою, вполне определённую функцию, удовлетворяющую требованиям действующих нормативов, в частности ПУЭ.

Нормативная база

К перечню стандартов и регламентирующих документов, которые определяют ключевые моменты по обустройству молниезащиты, следует отнести:

Пунктами 4.2.133-4.2.142 ПУЭ определяются общие принципы организации и возникших в результате этого перенапряжений. Требования этих пунктов распространяются на РУ (распределительные устройства) и ТП (трансформаторные подстанции) открытого и закрытого типа, работающие в цепях энергоснабжения, а также на другое распределительное и станционное электрооборудование.

Инструкция РД 34.21.122-87 распространяет своё действие на порядок организации молниезащиты на проектируемых гражданских и промышленных объектах с учётом их основного функционального назначения. Помимо этого, она относит каждое из этих строений к определённой категории, присваиваемой в зависимости от опасности попадания в них грозового разряда.

Ещё одна инструкция (под наименованием СО 153-34.21.122-2003) касается всех видов зданий и сооружений, включая и промышленные коммуникационные системы. Она определяет порядок учёта документации по молниезащите при разработке проекта, строительстве, эксплуатации и реконструкции всех указанных объектов.

И, наконец, требования ГОСТ (включая действующие в строительстве нормативы и правила) распространяются на порядок обустройства отдельных элементов систем молниезащиты. Рассмотрим каждый из перечисленных выше документов более подробно.

ПУЭ (седьмая редакция)

Отдельными пунктами ПУЭ оговаривается, что РУ и ТП 20-750 кВ открытого типа оборудуются молниеприёмниками в обязательном порядке. Для некоторых видов сооружений допускается отсутствие специальной молниезащиты, но лишь при условии ограниченной продолжительности гроз в течение года (не более 20 часов). Те же сооружения закрытого типа требуют защиты от молнии лишь в районах с показателем продолжительности гроз более 20.

Заземление

В том случае, когда здания закрытого типа имеют металлическую кровлю – молниезащита осуществляется с помощью заземляющих устройств, подсоединённых непосредственно к покрытию. Если кровельное перекрытие изготовлено из железобетонных плит, то при наличии хорошего контакта между отдельными элементами строения допускается заземление через входящую в их состав арматуру.

Защита зданий РУ и ТП в закрытом исполнении выполняется либо с помощью молниеотводов стержневого типа, либо путём укладки специальной металлической сетки.

Обратите внимание! Применение этих защитных конструкций считается обоснованным лишь в тех случаях, когда грозозащита оборудуется на железобетонной крыше зданий, плиты которой не имеют электрической связи с землёй.

Стержневая и сеточная защита

При установке на защищаемом строении типовых стержневых молниеприёмников, от каждого из них в сторону заземлителя прокладывается не менее 2-х токоотводов, расположенных по разным сторонам здания.

Особой конструкции молниеприемная сетка, укладываемая поверх кровли на специальных держателях, изготавливается из стальной проволоки диаметром 6-8 миллиметров. При скрытом монтаже согласно ПУЭ такой молниеотвод кладётся под кровельное покрытие (на слой утеплительного или гидроизоляционного материала с негорючими свойствами).

Выполненная в виде сетки защитная конструкция должна состоять из ячеек площадью не более 12х12 метров, а её узлы рекомендуется фиксировать посредством сварки. Токоотводы или спуски, используемые для соединения молниеприёмной сетки с ЗУ, должны устраиваться по периметру здания через каждые 25 метров (не реже).

Входящий в состав молниезащиты заземлитель должен обеспечивать беспрепятственное стекание тока разряда в почву, что достигается за счёт его низкого переходного сопротивления и хорошего контакта с грунтом.

Инструкция РД 34.21.122-87

В соответствии с положениями данного документа при проектировании зданий и сооружений хозяйственного и бытового назначения должны соблюдаться требования по их оборудованию специальной молниезащитой. Определяемые этой инструкцией нормы не распространяются на линии электропередач, РУ и ТП, а также на контактные сети и коммуникационное оборудование.

Этим документом устанавливается порядок обустройства систем молниезащиты на возводимых объектах с учётом их размещения снаружи и внутри зданий. Кроме того, им определяется перечень защитных мер, принимаемых в случае реконструкции строения или установки на его открытых пространствах (на кровле, в частности) дополнительного электрооборудования.

Помимо требований этой инструкции при проектировании сооружений того или иного назначения должны учитываться действующие положения и правила, устанавливаемые государственными стандартами и строительными нормативами.

Согласно прописанным в РД 34.21.122-87 правилам, все подлежащие молниезащите объекты в соответствии с особенностями их конструкции и географического положения делятся на 3 категории. С таблицей, в которой сведены воедино различные виды подлежащих защите объектов, их местоположение, а также присваиваемая им в зависимости от этого категория, можно ознакомиться в Приложении.

Требования СО 153-34.21.122-2003

Помимо вопросов, касающихся обустройства молниезащиты на государственных объектах любой формы собственности, в инструкции под данным обозначением рассматривается порядок подготовки и хранения всех сопровождающих документов.

Документация

Подготавливаемая при этом исполнительная документация должна включать в свой состав полный комплект расчётов, схем, чертежей и пояснительных записок, определяющих порядок монтажа специального оборудования в пределах защищаемой зоны. При её подготовке должны учитываться как расположение здания на генеральном плане застройки (с учётом прокладываемых коммуникаций), так и климатические условия в данной местности.

Сдача объекта

Кроме того, этим документом устанавливается общий порядок технической приёмки комплексов молниезащиты, а также особенности сдачи их в эксплуатацию. Особо оговаривается, что для приёмки здания или сооружения назначается специальная комиссия, состоящая из представителей исполнителя и заказчика, а также инспектора пожарной службы.

В распоряжение рабочей комиссии должны быть предоставлены все документы по оборудуемой молниезащите, включая протокол испытаний токоотводов и заземлителей. Члены комиссии должны ознакомиться с результатами визуального осмотра всех составляющих молниезащиты, а также с принятыми мерами по защите объекта от выноса опасных потенциалов и перенапряжений.

По результатам изучения представленной разработчиком документации оформляются акты приёмки и допуска оборудования молниезащиты в эксплуатацию. После этого на каждое отдельное устройство обязательно оформляются специальные рабочие паспорта (на всю систему и заземлитель), которые остаются у лица, ответственного за электрохозяйство объекта.

Проверка

В разделах инструкции, касающихся эксплуатации введённых в действие устройств молниезащиты отдельно оговаривается, что порядок их содержания и обслуживания определяется основными положениями ПУЭ. При этом с целью поддержания систем в рабочем состоянии должны проводиться ежегодные проверки всех её составляющих.

Важно! Такие освидетельствования организуются перед началом сезона гроз, а также после внесения в конструкцию молниезащиты каких-либо изменений и усовершенствований.

Технические нормативы

К перечню рабочих документов, регламентирующих чисто технические вопросы устройства молниезащиты, относятся различные стандарты, нормативы и поправки, оформленные в виде свода специальных рекомендаций. За образец таких поправок и специальных замечаний может быть принят целый ряд стандартов, входящих в нормативную базу и перечисленных во втором разделе статьи.

Обратите внимание! Последнее замечание касается строительных норм и правил, а также ряда ГОСТов и стандартов, имеющих отношение к разработке и эксплуатации современных средств защиты от молний.

В заключении следует отметить, что все рассмотренные документы естественно дополняют друг друга, охватывая полный перечень вопросов, касающихся обустройства и обслуживания систем защиты от разряда природного электричества.

В предыдущей публикации было детально рассмотрено различные виды молниеприемников, расчет зон защиты, особенности монтажа в зависимости от типа крыши и материала кровли. Полученная информация позволит вам самостоятельно сделать его выбор или оценить предложение фирм, специализирующихся на установке внешней системы защиты от удара молнии.

Но молниеприемник – это только одна из составляющих молниезащиты. Принятый ток молнии надо отвести к заземляющему устройству и сделать это безопасно для людей и без ущерба для имущества. Выполнить эту миссию должны токоотводы .

Задачей токоотводов , или как их еще называют – опусков , является обеспечение протекания тока молнии от молниеприемника до заземления по нескольким параллельным путям и по кратчайшему расстоянию. Поэтому токоотводы должны быть прямыми (без образования петель и изгибов под острым углом) и располагаться вертикально вдоль фасада здания.

Количество токоотводов определяется периметром внешнего края крыши здания. Согласно украинских и российских нормативов (ДСТУ Б В.2.5-38:2008 и CO-153-34.21.122-2003) токоотводы следует располагать по периметру здания равномерно на расстоянии 20 метров (ІІІ класс молниезащиты, к которому относятся жилые дома), а согласно с международным стандартом IEC 62305 – через 15 метров.

При использовании молниеприемника в виде сетки замкнутых контуров желательно, а по международным стандартам – обязательно, чтобы опуски являлись непрерывным продолжением сетки, то есть, токоотводы должны быть с обоих концов каждой из ветвей сетки.

Для тросового молниеприемника как минимум по одному токоотводу должно опускаться к молниезащитному заземлению от каждого из концов троса. Если используется стоящая отдельно мачта, то используется один опуск.

То есть, если периметр крыши меньше 20 метров, то по действующим у нас нормативам можно довольствоваться одним токоотводом, но предпочтительней устанавливать два опуска с противоположных сторон здания. При большем периметре крыши количество опусков определяется делением его длины на 20 м. Разумеется, в большинстве случаев такое деление не даст целого числа токоотводов и его необходимо округлить по правилам математики (при десятых до 0,5 округляем в меньшую сторону, при 0,5 и более – в большую).

Помимо этого на количество токоотводов оказывает влияние симметричность фигуры, которую образует проекция внешних краев крыши на землю. Если фигура симметрична (квадрат, прямоугольник), то полученное в результате деления четное число остается неизменным, а к нечетному числу прибавляется единица. Но для скатных крыш при длине или ширине проекции менее 12 метров полученное нечетное число на единицу сокращается. Если фигура несимметрична, то полученное число остается неизменным.

Помимо этого, в целях безопасности опуски должны располагаться на расстоянии не ближе 50 см к окнам и 1 м к дверным проемам здания. Также, необходимо придерживаться расстояния более 2 м от входящих в дом проводящих коммуникаций (металлический трубопровод, газопровод, силовой кабель и т.д.). Поэтому опуски располагаются не точно, а в среднем на расстоянии 20 м друг от друга с возможным отклонением в несколько метров в ту или иную сторону.

Если из-за архитектурных особенностей или по другим причинам невозможно обеспечить прямолинейное вертикальное прохождение опусков на безопасных расстояниях, их можно прокладывать с изгибами, стараясь свести их количество к минимуму. При этом в месте изгиба проводник должен иметь радиальную форму и, как уже упоминалось выше, не изгибаться не под острым углом во избежание пробоя между близко расположенными точками образующих изгиб участков токоотвода.

Располагать токоотводы необходимо как можно более равномерно и симметрично по периметру строения и желательно рядом с каждым образующим выступ углом здания. Для молниеприемной сетки следует по возможности устанавливать токоотводы возле точек соединения ячеек. Как правило, возле углов располагаются и водосточные трубы, которые маскируют токоотводы.

В качестве токоотводов можно использовать круглые (провод) или плоские (полоса) проводники из оцинкованной стали с площадью поперечного сечения не менее 50 мм2, алюминия с площадью поперечного сечения не менее 25 мм2 или меди с площадью поперечного сечения не менее 16 мм2.

При использовании комплектующих специализирующихся на системах молниезащиты известных производителей проводники имеют одинаковый унифицированный для различного типа держателей и соединителей размер (круглые, как правило, диаметром 8 мм). В случае установки тросовых молниеприемников для организации токоотводов чаще всего применяется тот же трос, что и для молниеприемника, это особенно актуально в случае использования деревянных мачт.

Участок токоотвода, идущий от молниеприемника по крыше здания, крепится также как и провод молниеприемника. При этом опуск, идущий от проложенного по коньку молниеприемника, прокладывается на расстоянии около 0,4 м от края крыши. Затем специальным клеммным зажимом (зажим лотка) провод крепится к водосточному желобу и дальше переходит на фасад здания. При установленной на пути токоотвода снегоулавливающей решетке провод крепится к ней с помощью специальной клеммы.

К стенам здания токоотводы приблизительно через каждый метр длины крепятся специальными держателями. При этом нужно обращать внимание на материал стен и облицовки. Если он является легковозгораемым (древесина, утеплитель и т.д.) и повышение температуры опуска при прохождении тока молнии может вызвать его загоранию, то токоотводы должны крепиться на дистанции от стены не ближе 10 см. При ІІІ классе молниезащиты для проводника диаметром 8 мм принимают следующие значения увеличения температуры: алюминий – 12 °С, медь – 5 °С, сталь – 190 °С.

На стенах из негорючего материала токоотводы могут прилегать к поверхности стены или даже скрываться под слоем изолирующей штукатурки или другой обшивки. Под обшивкой, как правило, размещают плоский проводник. Для быстрого и легкого соединения круглого провода с плоской полосой предназначен специальный соединитель. При этом нужно учитывать, что проводник из алюминия нельзя прокладывать ни на ни под штукатурку, цемент или бетон из-за быстрого коррозионного разрушения. По той же причине если необходимо объединение проводников из разных материалов, то следует использовать соединитель с биметаллической пластиной.

По фасаду на углах здания токоотводы располагают с отступом в 20 см от самого угла. Если поблизости находится водосточная труба, то провод можно закрепить прямо на ней воспользовавшись широким ассортиментом хомутов-держателей. Прокладывать опуски в самих водосточных трубах, даже если они имеют изоляционное покрытие, не следует, поскольку воздействие влаги приведет к быстрой коррозии токоотводов.

На высоте около 1,0 – 1,5 метров от земли токоотводы соединяется с заземляющими проводниками. Согласно нормативам это соединение должно быть разборным, чтобы обеспечивать возможность осуществления периодических замеров электрического сопротивления заземлителей. Для организации подобного контрольного соединения используются болтовые металлические зажимы. В случае, если токоотвод скрыт под обшивкой, доступ к контрольному зажиму обеспечивается установкой специального инспекционного люка (смотровой дверцы).

Токоотвод - важнейший элемент молниезащиты зданий и строений. Его непосредственная задача – отводить ток молнии к прибору заземления. Токоотвод сейчас, как и много лет назад, представляет собой алюминиевую или оцинкованную стальную проволоку значительного диаметра (обычно 6-8 мм). Применяют также медный проводник. Несмотря на принципиальную простоту и невысокую стоимость, у этого приспособления потрясающая эффективность.

Обычно на здание монтируют не один, а сразу несколько токоотводов. Располагают их таким образом, чтобы ток растекался по нескольким непересекающимся путям. Это позволяет снизить вероятность возникновения сильного искрения. Изгибы токоотвода должны быть плавными, а их количество при прокладке сведено к минимуму.

Закрепить надёжно токоотвод возможно только с помощью профессиональных инструментов и дополнительных приспособлений. Для соединения с заземлением следует применять сварку или пайку твёрдым припоем. А для того, чтобы соединить отводящую ток проволоку с молниеприёмником, допустимо использование болтов, бандажей, клёпок. Закрепление токоотвода происходит через каждый метр. Кроме того, обязательно понадобится такая деталь, как держатель.

Самый экономный вариант в данном случае – купить пластиковый держатель токоотвода. Пластик вполне подойдёт здесь в качестве материала. Он не проводит ток, устойчив к воздействию влаги и химикатов.

Однако у пластиковых изделий есть и свои минусы. Например, у них сравнительно невысокие прочностные характеристики.

Помимо пластиковых существуют ещё и металлические держатели для токоотвода. Они применяются для крепления тяжёлых по весу молниеотводов со сравнительно большим диаметром проволоки. Эти держатели более надёжны, чем пластиковые, однако со временем они могут подвергнуться коррозии.

Отличия изолированных и неизолированных вариантов

Сами токоотводы, как и держатели, тоже можно разделить на две группы:

• неизолированные;
• изолированные.

Вторые считаются более современным решением, чем первые. Неизолированные изделия характеризуются тем, что соединяют все металлические части молниезащитной системы. Это позволяет снизить разность потенциалов при ударе молнии.

Но антенны связи, спутниковые антенны, прочее оборудование для передачи данных при таком подходе остаётся незащищённым. И эту проблему решает как раз изолированный токоотвод. Он может обеспечить требуемое расстояние между металлическими элементами (так называемую воздушную изоляцию). Причём и этим элементам и корпусу здания больше не будет угрожать опасность наведения потенциалов.

На сегодняшний день эффективность изолированных систем уже не вызывает сомнений – они успешно обустраиваются на различных строениях и мачтах по всему миру.

В качестве конкретного примера здесь можно привести изолированный токоотвод iscon 750 sw.

Это товар от немецкой компании OBO Bettermann. Он обеспечивает разделительное расстояние в 750 миллиметров (что понятно из цифры в названии). Его поверхность не имеет скользящего разряда и устойчива к высокому напряжению. Выпускается данный токоотвод в двух вариациях - одна подходит для прокладки в грунте, а другая на поверхности.

Ограничения на установку

Монтаж отводящих ток проволок следует производить согласно существующим стандартам и правилам. В частности, монтажникам нельзя забывать о том, где категорически не допускается прокладка токоотводов:

• внутри водосточных труб;
• по легковоспламеняющимся поверхностям (такая поверхность не должна находиться ближе 150 миллиметров от провода).

Плюс ко всему рекомендуется располагать токоотвод так, чтобы он был максимально удалён от окон, дверей, входящих кабелей, трубопроводов (минимум 2 м). Прятать проводник в стене можно только в том случае, если она из материала, который не горит. Алюминий прятать запрещено из-за его быстрого коррозионного разрушения.

Можно прикреплять токоотвод к водосточным трубам. Соединение с заземлителем делают на высоте 1 м от земли (максимум 1,5 м). Надо обеспечить разборное соединение, чтобы при проверке можно было замерить сопротивление заземлителя. В случае прокладки за фасадом внизу устанавливают смотровой лючок.

Средние расстояния между токоотводами в зависимости от уровня защищенности

3.2.2.4. Указания по размещению токоотводов

Желательно, чтобы токоотводы равномерно располагались по периметру защищаемого объекта. По возможности они прокладываются вблизи углов зданий.

Не изолированные от защищаемого объекта токоотводы прокладываются следующим образом:

если стена выполнена из негорючего материала, токоотводы могут быть закреплены на поверхности стены или проходить в стене;

если стена выполнена из горючего материала, токоотводы могут быть закреплены непосредственно на поверхности стены, так чтобы повышение температуры при протекании тока молнии не представляло опасности для материала стены;

если стена выполнена из горючего материала и повышение температуры токоотводов представляет для него опасность, токоотводы должны располагаться таким образом, чтобы расстояние между ними и защищаемым объектом всегда превышало 0,1 м. Металлические скобы для крепления токоотводов могут быть в контакте со стеной.

Не следует прокладывать токоотводы в водосточных трубах. Рекомендуется размещать токоотводы на максимально возможных расстояниях от дверей и окон.

Токоотводы прокладываются по прямым и вертикальным линиям, так чтобы путь до земли был по возможности кратчайшим. Не рекомендуется прокладка токоотводов в виде петель.

3.2.2.5. Естественные элементы токоотводов

Следующие конструктивные элементы зданий могут считаться естественными токоотводами:

а) металлические конструкции при условии, что:

электрическая непрерывность между разными элементами является долговечной и соответствует требованиям п. 3.2.4.2;

они имеют не меньшие размеры, чем требуются для специально предусмотренных токоотводов. Металлические конструкции могут иметь изоляционное покрытие;

б) металлический каркас здания или сооружения;

в) соединенная между собой стальная арматура здания или сооружения;

г) части фасада, профилированные элементы и опорные металлические конструкции фасада при условии, что их размеры соответствуют указаниям, относящимся к токоотводам, а их толщина составляет не менее 0,5 мм.

Металлическая арматура железобетонных строений считается обеспечивающей электрическую непрерывность, если она удовлетворяет следующим условиям:

примерно 50 % соединений вертикальных и горизонтальных стержней выполнены сваркой или имеют жесткую связь (болтовое крепление, вязка проволокой);

электрическая непрерывность обеспечена между стальной арматурой различных заранее заготовленных бетонных блоков и арматурой бетонных блоков, подготовленных на месте.

В прокладке горизонтальных поясов нет необходимости, если металлические каркасы здания или стальная арматура железобетона используются как токоотводы.

3.2.3. Заземлители

3.2.3.1. Общие соображения

Во всех случаях, за исключением использования отдельно стоящего молниеотвода, заземлитель молниезащиты следует совместить с заземлителями электроустановок и средств связи. Если эти заземлители должны быть разделены по каким-либо технологическим соображениям, их следует объединить в общую систему с помощью системы уравнивания потенциалов.

3.2.3.2. Специально прокладываемые заземляющие электроды

Целесообразно использовать следующие типы заземлителей: один или несколько контуров, вертикальные (или наклонные) электроды, радиально расходящиеся электроды или заземляющий контур, уложенный на дне котлована, заземляющие сетки.

Сильно заглубленные заземлители оказываются эффективными, если удельное сопротивление грунта уменьшается с глубиной и на большой глубине оказывается существенно меньше, чем на уровне обычного расположения.

Заземлитель в виде наружного контура предпочтительно прокладывать на глубине не менее 0,5 м от поверхности земли и на расстоянии не менее 1 м от стен. Заземляющие электроды должны располагаться на глубине не менее 0,5 м за пределами защищаемого объекта и быть как можно более равномерно распределенными; при этом надо стремиться свести к минимуму их взаимное экранирование.

Глубина закладки и тип заземляющих электродов выбираются из условия обеспечения минимальной коррозии, а также возможно меньшей сезонной вариации сопротивления заземления в результате высыхания и промерзания грунта.

3.2.3.3. Естественные заземляющие электроды

В качестве заземляющих электродов может использоваться соединенная между собой арматура железобетона или иные подземные металлические конструкции, отвечающие требованиям п. 3.2.2.5. Если арматура железобетона используется как заземляющие электроды, повышенные требования предъявляются к местам ее соединений, чтобы исключить механическое разрушение бетона. Если используется преднапряженный бетон, следует учесть возможные последствия протекания тока молнии, который может вызвать недопустимые механические нагрузки.

3.2.4. Крепление и соединения элементов внешней МЗС

3.2.4.1. Крепление

Молниеприемники и токоотводы жестко закрепляются, так чтобы исключить любой разрыв или ослабление крепления проводников под действием электродинамических сил или случайных механических воздействий (например, от порыва ветра или падения снежного пласта).

3.2.4.2. Соединения

Количество соединений проводника сводится к минимальному. Соединения выполняются сваркой, пайкой, допускается также вставка в зажимной наконечник или болтовое крепление.

3.3. Выбор молниеотводов

3.3.1. Общие соображения

Выбор типа и высоты молниеотводов производится исходя из значений требуемой надежности Р з. Объект считается защищенным, если совокупность всех его молниеотводов обеспечивает надежность защиты не менее Р з.

Во всех случаях система защиты от прямых ударов молнии выбирается так, чтобы максимально использовались естественные молниеотводы, а если обеспечиваемая ими защищенность недостаточна - в комбинации со специально установленными молниеотводами.

В общем случае выбор молниеотводов должен производиться при помощи соответствующих компьютерных программ, способных вычислять зоны защиты или вероятность прорыва молнии в объект (группу объектов) любой конфигурации при произвольном расположении практически любого числа молниеотводов различных типов.

При прочих равных условиях высоту молниеотводов можно снизить, если вместо стержневых конструкций применять тросовые, особенно при их подвеске по внешнему периметру объекта.

Если защита объекта обеспечивается простейшими молниеотводами (одиночным стержневым, одиночным тросовым, двойным стержневым, двойным тросовым, замкнутым тросовым), размеры молниеотводов можно определять, пользуясь заданными в настоящем нормативе зонами защиты.

В случае проектирования молниезащиты для обычного объекта, возможно определение зон защиты по защитному углу или методом катящейся сферы согласно стандарту Международной электротехнической комиссии (IEC 1024) при условии, что расчетные требования Международной электротехнической комиссии оказываются более жесткими, чем требования настоящей Инструкции.

3.3.2. Типовые зоны защиты стержневых и тросовых молниеотводов

3.3.2.1. Зоны защиты одиночного стержневого молниеотвода

Стандартной зоной защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой h является круговой конус высотой h 0 < h , вершина которого совпадает с вертикальной осью молниеотвода (рис. 3.1). Габариты зоны определяются двумя параметрами: высотой конуса h 0 и радиусом конуса на уровне земли r 0.

Приведенные ниже расчетные формулы (табл. 3.4) пригодны для молниеотводов высотой до 150 м. При более высоких молниеотводах следует пользоваться специальной методикой расчета.

Рис. 3.1. Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода

Для зоны защиты требуемой надежности (рис. 3.1) радиус горизонтального сечения r x на высоте h x определяется по формуле:

Таблица 3.4

Расчет зоны защиты одиночного стержневого молниеотвода

3.3.2.2. Зоны защиты одиночного тросового молниеотвода

Стандартные зоны защиты одиночного тросового молниеотвода высотой h ограничены симметричными двускатными поверхностями, образующими в вертикальном сечении равнобедренный треугольник с вершиной на высоте h 0 < h и основанием на уровне земли 2r 0 (рис. 3.2).

Приведенные ниже расчетные формулы (табл. 3.5) пригодны для молниеотводов высотой до 150 м. При большей высоте следует пользоваться специальным программным обеспечением. Здесь и далее под h понимается минимальная высота троса над уровнем земли (с учетом провеса).

Рис. 3.2. Зона защиты одиночного тросового молниеотвода:

L - расстояние между точками подвеса тросов

Полуширина r х зоны защиты требуемой надежности (рис. 3.2) на высоте h x от поверхности земли определяется выражением:

При необходимости расширить защищаемый объем к торцам зоны защиты собственно тросового молниеотвода могут добавляться зоны защиты несущих опор, которые рассчитываются по формулам одиночных стержневых молниеотводов, представленным в табл. 3.4. В случае больших провесов тросов, например, у воздушных линий электропередачи, рекомендуется рассчитывать обеспечиваемую вероятность прорыва молнии программными методами, поскольку построение зон защиты по минимальной высоте троса в пролете может привести к неоправданным затратам.

Таблица 3.5

Расчет зоны защиты одиночного тросового молниеотвода

3.3.2.3. Зоны защиты двойного стержневого молниеотвода

Молниеотвод считается двойным, когда расстояние между стержневыми молниеприемниками L не превышает предельной величины L max. В противном случае оба молниеотвода рассматриваются как одиночные.

Конфигурация вертикальных и горизонтальных сечений стандартных зон защиты двойного стержневого молниеотвода (высотой h и расстоянием L между молниеотводами) представлена на рис. 3.3. Построение внешних областей зон двойного молниеотвода (полуконусов с габаритами h 0, r 0) производится по формулам табл. 3.4 для одиночных стержневых молниеотводов. Размеры внутренних областей определяются параметрами h 0 и h c, первый из которых задает максимальную высоту зоны непосредственно у молниеотводов, а второй - минимальную высоту зоны посередине между молниеотводами. При расстоянии между молниеотводами L  L c граница зоны не имеет провеса (h c = h 0). Для расстояний L c  L  L max высота h cопределяется по выражению

Входящие в него предельные расстояния L max и L c вычисляются по эмпирическим формулам табл. 3.6, пригодным для молниеотводов высотой до 150 м. При большей высоте молниеотводов следует пользоваться специальным программным обеспечением.

Размеры горизонтальных сечений зоны вычисляются по следующим формулам, общим для всех уровней надежности защиты:

максимальная полуширина зоны r х в горизонтальном сечении на высоте h x :

Рис. 3.3. Зона защиты двойного стержневого молниеотвода

длина горизонтального сечения L x на высоте h x  h c:

причем при h x < h cL x = L /2;

ширина горизонтального сечения в центре между молниеотводами 2r cx на высоте h x  h c:

Таблица 3.6

Резервуары с нефтью и нефтепродуктами являются объектами повышенной пожарной опасности. Поэтому устройствами молниезащиты они должны быть защище­ны от прямых ударов молнии, электростатической ин­дукции, а также заноса высоких потенциалов.

Молниезащитная система в общем случае состоит из молниеприемников, токоотводов и заземлителей.

Защиту резервуарных парков общей вместимости бо­лее 100 тыс. м3 от прямых ударов молнии, как правило, выполняют отдельно стоящими молниеприемниками (молниеотводами). Молниеприемники устанавливают так­же непосредственно на резервуаре. Их изготавливают из круглых стержней с площадью поперечного сечения не менее 100 мм2. Крепление молниеприемника к резервуа­ру (к верхнему поясу стенки или к стационарной крыше) должно осуществляться с помощью сварки.

В зону защиты молниеприемников должно входить пространство над дыхательной арматурой, ограниченное полусферой радиусом 5 м.

Нижний пояс стенки резервуара должен быть присо­единен через токоотводы к заземлителям, установленным на расстоянии не более чем 50 м по периметру стенки, но не менее чем в двух диаметральных противоположных точках. Соединения токоотводов и заземлителей должны выполняться на сварке.

Токоотводы изготавливают из прутков и тросов диа­метром 6 мм и более, у полосовой стали - сечением не менее 48 мм2, из стальных труб - с толщиной стенки не менее 2,5 мм.

В качестве заземлителей используют конструкции, состоящие из не менее чем 3 вертикальных электродов длиной не менее 3 м, находящихся на расстоянии не бли­же 5 м друг от друга, объединенных горизонтальным электродом. Заземлители изготавливают из стержней диаметром не менее 10 мм, из уголковой стали сечением не менее 160 мм2, а также из труб.

Защиту от заноса высокого потенциала по подземным и наземным металлическим коммуникациям выполняют присоединением их к заземлителям на входе в резервуар.

Ввод линий электропередачи, сетей сигнализации дол­жен осуществляться только кабелями длиной не менее 50 м с металлической броней или оболочкой либо кабелями, проложенными в металлических трубах и коробах.

При использовании для молниезащиты одиночного стержневого молниеотвода высотой h размеры зоны за­щиты определяются высотой h0 и радиусом r0 защитного конуса (рисунок ниже).

Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода

Формулы для расчета величин h0 и r0 при различной надежности защиты (Рз) приведены в таблице ниже.

Расчет размеров защитного конуса, создаваемого одиночным молниеотводом

Радиус защитной зоны rx на высоте hx находится по формуле

Молниеотвод считается двойным, если расстояние меж­ду стержневыми молниеприемниками Lм не превышает предельного значения Lmax (таблица ниже). В противном слу­чае оба молниеотвода рассматриваются как одиночные.

Схема зоны защиты двойного стержневого молниеот­вода представлена на рисунке ниже.

Зона защиты двойного стержневого молниеотвода

Расчет размеров внешних областей защиты двой­ного молниеотвода (полуконусов с габаритами h0 и r0) производится по формулам таблицы выше, справедливым для одиночных стержневых молниеотводов. Размеры внутренних областей защиты находятся по формулам таблицы ниже.

Расчет параметров зоны защиты двойного стержневого молниеотвода

Размеры внутренних областей защиты определяются параметрами h0 и hc, первый из которых равен макси­мальной высоте зоны непосредственно у молниеотводов, а второй - минимальной высоте зоны по середине меж­ду молниеотводами.

Если выполняется неравенство L = Lc, то можно при­нять hc = h0. Если же Lc = L = Lmax, то расчет hc выпол­няется по формуле

Размеры горизонтальных сечений зоны защиты вычисляются по следующим формулам:

• радиус защитной зоны rx на высоте hx

• длина горизонтального сечения lx на высоте hx

• ширина горизонтального сечения в центре между молниеотводами на высоте hx = hc равна 2rсх, где

Проверка состояния системы молниезащиты произ­водится 1 раз в год перед началом грозового сезона (март, апрель). При этом контролируют целостность и защищен­ность от коррозии доступных обзору частей молниепри­емников и токоотводов, а также контактов между ними. Кроме того, измеряют сопротивление току промышлен­ной частоты заземлителей отдельно стоящих молниеот­водов. Его величина не должна превышать результаты соответствующих замеров на стадии приемки более чем в 5 раз. В противном случае заземление подлежит реви­зии, в ходе которой выявляются элементы, требующие замены или ремонта, проверяется надежность электри­ческой связи между токоведущими элементами, опреде­ляется степень разрушения коррозией отдельных элемен­тов молниезащиты. По результатам ревизии принимает­ся решение о ее ремонте.

Организацию молниезащиты зданий и сооружений регулируют ПУЭ 7 (Правила устройства электроустановок в 7-я редакции). Скачайте их, а также инструкцию по оборудованию защиты от молний.

Читайте в нашей статье:

Что устанавливают ПУЭ 7 в части молниезащиты зданий и сооружений

Действующая в данный момент версия ПУЭ была утверждена . Предохранению объектов от воздействия электрического заряда посвящены две главы: 7.3.142-3 и 4.2.133. Первая устанавливает порядок защиты объектов от грозовых разрядов и статического электричества. В ней содержится ссылка на инструкцию РД 34.21.122-87. Глава 4.2.133 посвящена защите электрических подстанций и распределительных устройств от перенапряжений, которые могут быть вызваны ударом молнии.

Виды и устройство защиты от грозовых перенапряжений

Если говорить о классификации устройств защиты от грозовых перенапряжений, то помимо ПУЭ нужно будет ознакомиться со следующими инструкциями и государственными стандартами:

• РД 34.21.122-87 «Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений»;
• СО 153-34.21.122-2003 «Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций»;
• ГОСТ Р МЭК 62305-1-2010 «Менеджмент риска. Защита от молнии. Часть 1»;
• «Менеджмент риска. Защита от молнии. Часть 2».

Выделяют несколько вариантов молниезащитных систем:

• Активная, то есть искусственно притягивающая к себе разряды молнии, используя для этого встроенный ионизатор.
• Пассивная – наиболее распространенная защита. Молния не во всех случаях попадает в такие отводы, но этот недостаток перекрывается низкой стоимостью таких устройств, а также их высокой надежностью.

Также различают внешний и внутренний типы защитных устройств.

К внешним относятся сетчатые молниеприемники, молниеприемные стержни, натянутые молниеприемные тросы. Все они работают по одному принципу, перехватывая разряд и отводя его в грунт. При ударе молнии молниеотвод принимает на себя разряд, по спускам отводит ток в землю, где он полностью рассеивается. Безопасность также обеспечивает заземлитель, состоящий из токопроводящих материалов.

Предохранительные системы внутреннего типа, состоящие из ряда устройств защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП), имеют другую функцию. Их задача – защитить бытовые приборы от перенапряжения в электросети, которое может быть вызвано ударом молнии. При этом разряд может попасть как в само здание, так и в непосредственной близости от него или .

Информацию об устройстве таких систем вы найдете в статье «Молниезащита: как устроена и зачем нужна»

Категории молниезащиты зданий

Согласно действующим стандартам, существует три категории молниезащиты зданий и сооружений. Причисление к ним зависит от ряда факторов: значимости объекта, частоты гроз в регионе, зафиксированных попаданий молний в здание.

Промышленные объекты со взрывоопасными зонами получают максимальный уровень защиты – первый. При этом не имеет значения, где именно располагается сооружение, и насколько интенсивными бывают грозы на этой территории. Главное назначение защитных устройств – перехват прямого удара молнии на пути к объекту.

Сюда также включают здания, в которых хранятся взрывоопасные вещества. Это могут быть открытые склады с , наружные технологические установки. Системы молниезащиты на таких объектах должны защищать от прямого попадания разряда, электромагнитной индукции и от заноса потенциалов через коммуникации.

К этому типу относятся постройки на территориях, где грозы длятся более 20 часов в год. Отводы и заземлители должны предохранять от прямого попадания молнии и от заноса высокого потенциала.

В тех случаях, когда кровля здания служит естественным молниеприемником, а само помещение не содержит взрывоопасных веществ и выполнено из несгораемых материалов, отдельные устройства молниезащиты не потребуются.

Устройство молниезащиты в зависимости от категории (по ПУЭ 7)

Объекты первой категории молниезащиты необходимо оснащать самыми сложными предохранительными системами. Такие здания должны быть оборудованы стоящими отдельно друг от друга тросовыми, либо стержневыми молниеотводами.

В зависимости от типа оборудования нужно подбирать соответствующий заземлитель. Здесь возможно несколько вариантов:

• Один подножник из железобетона, длина которого не менее 1,8 метров. Вместе с ним одна железобетонная свая, длина которой должна достигать порядка 6 метров.
• Одна опора диаметром не менее 0,5 м, сделанная из железобетона. При этом ее следует заглубить в землю не менее чем на 6 метров.
• Фундамент из железобетона, площадь поверхности контакта с землей которого довольно обширна. При этом фундамент может быть различенной формы.
• Искусственный заземлитель, который будет состоять из нескольких объединенных электродов.

Защиту зданий и сооружений второй/третьей категорий выполняют в формате молниеприемной сетки с определенным шагом ячейки. Также должны присутствовать отдельно стоящие или смонтированные на защищаемом объекте стержневые, либо тросовые молниеприемники.

Действующий

РД 34.21.122-87

ИНСТРУКЦИЯ
ПО УСТРОЙСТВУ МОЛНИЕЗАЩИТЫ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

СОСТАВИТЕЛИ: д.т.н. Э.М.Базелян - ЭНИН им. Г.М.Кржижановского, В.И.Поливанов, В.В.Шатров, А.В.Цапенко

СОГЛАСОВАНА Госстроем СССР, письмо N АЧ-3945-8 от 30.07.87

УТВЕРЖДЕНА Главтехуправлением Минэнерго СССР 12.10.87

ПРЕДИСЛОВИЕ

Требования настоящей Инструкции обязательны для выполнения всеми министерствами и ведомствами.

Настоящая Инструкция устанавливает необходимый комплекс мероприятий и устройств, предназначенных для обеспечения безопасности людей (сельскохозяйственных животных), предохранения зданий, сооружений, оборудования и материалов от взрывов, пожаров и разрушений, возможных при воздействиях молнии.

Настоящая Инструкция должна соблюдаться при разработке проектов зданий и сооружений.

Настоящая Инструкция не распространяется на проектирование и устройство молниезащиты линий электропередачи, электрической части электростанций и подстанций, контактных сетей, радио- и телевизионных антенн, телеграфных, телефонных и радиотрансляционных линий, а также зданий и сооружений, эксплуатация которых связана с применением, производством или хранением пороха и взрывчатых веществ.

Настоящая Инструкция регламентирует мероприятия по молниезащите, выполняемые при строительстве, и не исключает использования дополнительных средств молниезащиты внутри здания и сооружения при проведении реконструкции или установке дополнительного технологического или электрического оборудования.

При разработке проектов зданий и сооружений помимо требований настоящей Инструкции должны быть учтены требования к выполнению молниезащиты других действующих норм, правил, инструкций, государственных стандартов.

С введением в действие настоящей Инструкции утрачивает силу Инструкция по проектированию и устройству молниезащиты зданий и сооружений (СН 305-77).

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. В соответствии с назначением зданий и сооружений необходимость выполнения молниезащиты и ее категория, а при использовании стержневых и тросовых молниеотводов - тип зоны защиты определяются по табл.1 в зависимости от среднегодовой продолжительности гроз в месте нахождения здания или сооружения, а также от ожидаемого количества поражений его молнией в год. Устройство молниезащиты обязательно при одновременном выполнении условий, записанных в графах 3 и 4 табл.1.

Таблица 1

Оценка среднегодовой продолжительности гроз и ожидаемого количества поражений молнией зданий или сооружений производится согласно обязательному приложению 2; построение зон защиты различных типов - согласно приложению 3.

1.2. Здания и сооружения, отнесенные по устройству молниезащиты к I и II категориям, должны быть защищены от прямых ударов молнии, вторичных ее проявлений и заноса высокого потенциала через наземные (надземные) и подземные металлические коммуникации.

Здания и сооружения, отнесенные по устройству молниезащиты к III категории, должны быть защищены от прямых ударов молнии и заноса высокого потенциала через наземные (надземные) металлические коммуникации. Наружные установки, отнесенные по устройству молниезащиты ко II категории, должны быть защищены от прямых ударов и вторичных проявлений молнии.

Наружные установки, отнесенные по устройству молниезащиты к III категории, должны быть защищены от прямых ударов молнии.

Внутри зданий большой площади (шириной более 100 м) необходимо выполнять мероприятия по выравниванию потенциалов.

1.3. Для зданий и сооружений с помещениями, требующими устройства молниезащиты I и II или I и III категорий, молниезащиту всего здания или сооружения следует выполнять по I категории.

Если площадь помещений I категории молниезащиты составляет менее 30% площади всех помещений здания (на всех этажах), молниезащиту всего здания допускается выполнять по II категории независимо от категории остальных помещений. При этом на вводе в помещения I категории должна быть предусмотрена защита от заноса высокого потенциала по подземным и наземным (надземным) коммуникациям, выполняемая согласно пп.2.8 и 2.9 настоящей Инструкции.

1.4. Для зданий и сооружений с помещениями, требующими устройства молниезащиты II и III категорий, молниезащиту всего здания или сооружения следует выполнять по II категории.

Если площадь помещений II категории молниезащиты составляет менее 30% площади всех помещений здания (на всех этажах), молниезащиту всего здания допускается выполнять по III категории. При этом на вводе в помещения II категории должна быть предусмотрена защита от заноса высокого потенциала по подземным и наземным (надземным) коммуникациям, выполняемая согласно пп.2.22 и 2.23 настоящей Инструкции.

1.5. Для зданий и сооружений, не менее 30% общей площади которых приходится на помещения, требующие устройства молниезащиты по I, II или III категории, молниезащита этой части зданий и сооружений должна быть выполнена в соответствии с п.1.2 настоящей Инструкции.

Для зданий и сооружений, более 70% общей площади которых составляют помещения, не подлежащие молниезащите согласно табл.1, а остальную часть здания составляют помещения I, II или III категории молниезащиты, должна быть предусмотрена только защита от заноса высоких потенциалов по коммуникациям, вводимым в помещения, подлежащие молниезащите: по I категории - согласно пп.2.8, 2.9 настоящей Инструкции; по II и III категориям - путем присоединения коммуникаций к заземляющему устройству электроустановок, соответствующему указаниям п.1.7 настоящей Инструкции, или к арматуре железобетонного фундамента здания (с учетом требований п.1.8 настоящей Инструкции). Такое же присоединение должно быть предусмотрено для внутренних коммуникаций (не вводимых извне).

1.6. В целях защиты зданий и сооружений любой категории от прямых ударов молнии следует максимально использовать в качестве естественных молниеотводов существующие высокие сооружения (дымовые трубы, водонапорные башни, прожекторные мачты, воздушные линии электропередачи и т.п.), а также молниеотводы других близрасположенных сооружений.

Если здание или сооружение частично вписывается в зону защиты естественных молниеотводов или соседних объектов, защита от прямых ударов молнии должна предусматриваться только для остальной, незащищенной его части. Если в ходе эксплуатации здания или сооружения реконструкция или демонтаж соседних объектов приведет к увеличению этой незащищенной части, соответствующие изменения защиты от прямых ударов молнии должны быть выполнены до начала ближайшего грозового сезона; если демонтаж или реконструкция соседних объектов проводятся в течение грозового сезона, на это время должны быть предусмотрены временные мероприятия, обеспечивающие защиту от прямых ударов молнии незащищенной части здания или сооружения.

1.7. В качестве заземлителей молниезащиты допускается использовать все рекомендуемые ПУЭ заземлители электроустановок, за исключением нулевых проводов воздушных линий электропередачи напряжением до 1 кВ.

1.8. Железобетонные фундаменты зданий, сооружений, наружных установок, опор молниеотводов следует, как правило, использовать в качестве заземлителей молниезащиты при условии обеспечения непрерывной электрической связи по их арматуре и присоединения ее к закладным деталям с помощью сварки.

Битумные и битумно-латексные покрытия не являются препятствием для такого использования фундаментов. В средне- и сильноагрессивных грунтах, где защита железобетона от коррозии выполняется эпоксидными и другими полимерными покрытиями, а также при влажности грунта менее 3% использовать железобетонные фундаменты в качестве заземлителей не допускается.

Искусственные заземлители следует располагать под асфальтовым покрытием либо в редко посещаемых местах (на газонах, в удалении на 5 м и более от грунтовых проезжих и пешеходных дорог и т.п.).

1.9. Выравнивание потенциала внутри зданий и сооружений шириной более 100 м должно происходить за счет непрерывной электрической связи между несущими внутрицеховыми конструкциями и железобетонными фундаментами, если последние могут быть использованы в качестве заземлителей согласно п.1.8 настоящей Инструкции.

В противном случае должна быть обеспечена прокладка внутри здания в земле на глубине не менее 0,5 м протяженных горизонтальных электродов сечением не менее 100 мм. Электроды следует прокладывать не реже чем через 60 м по ширине здания и присоединять по его торцам с двух сторон к наружному контуру заземления.

1.10. Нa часто посещаемых открытых площадках с повышенной опасностью поражения молнией (вблизи монументов, телебашен и подобных сооружений высотой более 100 м) выравнивание потенциала выполняется присоединением токоотводов или арматуры сооружения к его железобетонному фундаменту не реже чем через 25 м по периметру основания сооружения.

При невозможности использования железобетонных фундаментов в качестве заземлителей под асфальтовым покрытием площадки на глубине не менее 0,5 м через каждые 25 м должны быть проложены радиально расходящиеся горизонтальные электроды сечением не менее 100 мм и длиной 2-3 м, присоединенные к заземлителям защиты сооружения от прямых ударов молнии.

1.11. При возведении в грозовой период высоких зданий и сооружений на них в ходе строительства, начиная с высоты 20 м, необходимо предусматривать следующие временные мероприятия по молниезащите. На верхней отметке строящегося объекта должны быть закреплены молниеприемники, которые через металлические конструкции или свободно спускающиеся вдоль стен токоотводы следует присоединять к заземлителям, указанным в пп.3.7 и 3.8 настоящей Инструкции. В зону защиты типа Б молниеотводов должны входить все наружные площадки, где в ходе строительства могут находиться люди. Соединения элементов молниезащиты могут быть сварными или болтовыми. По мере увеличения высоты строящегося объекта молниеприемники следует переносить выше.

При возведении высоких металлических сооружений их основания в начале строительства должны быть присоединены к заземлителям, указанным в пп.3.7 и 3.8 настоящей Инструкции.

1.12. Устройства и мероприятия по молниезащите, отвечающие требованиям настоящих норм, должны быть заложены в проект и график строительства или реконструкции здания или сооружения таким образом, чтобы выполнение молниезащиты происходило одновременно с основными строительно-монтажными работами.

1.13. Устройства молниезащиты зданий и сооружений должны быть приняты и введены в эксплуатацию к началу отделочных работ, а при наличии взрывоопасных зон - до начала комплексного опробования технологического оборудования.

При этом оформляется и передается заказчику скорректированная при строительстве и монтаже проектная документация по устройству молниезащиты (чертежи и пояснительная записка) и акты приемки устройств молниезащиты, в том числе акты на скрытые работы по присоединению заземлителей к токоотводам и токоотводов к молниеприемникам, за исключением случаев использования стального каркаса здания в качестве токоотводов и молниеприемников, а также результаты замеров сопротивлений току промышленной частоты заземлителей отдельно стоящих молниеотводов.

1.14. Проверка состояния устройств молниезащиты должна производиться для зданий и сооружений I и II категорий один раз в год перед началом грозового сезона, для зданий и сооружений III категории - не реже одного раза в три года.

Проверке подлежат целость и защищенность от коррозии доступных обзору частей молниеприемников и токоотводов и контактов между ними, а также значение сопротивления току промышленной частоты эаземлителей отдельно стоящих молниеотводов. Это значение не должно превышать результаты соответствующих замеров на стадии приемки более чем в 5 раз (см. п.1.13 настоящей Инструкции). В противном случае проводить ревизию заземлителя.

2. ТРЕБОВАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ МОЛНИЕЗАЩИТЫ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

Молниезащита I категории

2.1. Защита от прямых ударов молнии зданий и сооружений, относимых по устройству молниезащиты к I категории, должна выполняться отдельно стоящими стержневыми (рис.1) или тросовыми (рис.2) молниеотводами.

Рис.1. Отдельно стоящий стержневой молниеотвод

Рис.1. Отдельно стоящий стержневой молниеотвод:

1 - защищаемый объект; 2 - металлические коммуникации

Рис.2. Отдельно стоящий тросовый молниеотвод

Рис.2. Отдельно стоящий тросовый молниеотвод:

1 - защищаемый объект; 2 - металлические коммуникации

Указанные молниеотводы должны обеспечивать зону защиты типа А в соответствии с требованиями приложения 3. При этом обеспечивается удаление элементов молниеотводов от защищаемого объекта и подземных металлических коммуникаций в соответствии с пп.2.3, 2.4, 2.5 настоящей Инструкции.

2.2. Выбор заземлителя защиты от прямых ударов молнии (естественного или искусственного) определяется требованиями п.1.8 настоящей Инструкции.

При этом для отдельно стоящих молниеотводов приемлемыми являются следующие конструкции заземлителей (табл.2):

а) один (и более) железобетонный подножник длиной не менее 2 м или одна (и более) железобетонная свая длиной не менее 5 м;

б) одна (и более) заглубленная в землю не менее чем на 5 м стойка железобетонной опоры диаметром не менее 0,25 м;

в) железобетонный фундамент произвольной формы с площадью поверхности контакта с землей не менее 10 м;

г) искусственный заземлитель, состоящий из трех и более вертикальных электродов длиной не менее 3 м, объединенных горизонтальным электродом, при расстоянии между вертикальными электродами не менее 5 м. Минимальные сечения (диаметры) электродов определяются по табл.3.

Таблица 2

Таблица 3

___________________
* Только для выравнивания потенциалов внутри зданий и для прокладки наружных контуров на дне котлована по периметру здания.

2.3. Наименьшее допустимое расстояние по воздуху от защищаемого объекта до опоры (токоотвода) стержневого или тросового молниеотвода (см. рис.1 и 2) определяется в зависимости от высоты здания, конструкции заземлителя и эквивалентного удельного электрического сопротивления грунта , Ом·м.

Для зданий и сооружений высотой не более 30 м наименьшее допустимое расстояние , м, равно:

при 100 Ом·м для заземлителя любой конструкции, приведенной в п.2.2 настоящей Инструкции, 3 м;

при 1001000 Ом·м:

для заземлителей, состоящих из одной железобетонной сваи, одного железобетонного подножника или заглубленной стойки железобетонной опоры, длины которых указана в п.2.2, а-б, ;

для заземлителей, состоящих из четырех железобетонных свай либо подножников, расположенных в углах прямоугольника на расстоянии 3-8 м один от другого, или железобетонного фундамента произвольной формы с площадью поверхности контакта с землей не менее 70 м, или искусственных заземлителей, указанных в п.2.2г настоящей Инструкции, 4 м.

Для зданий и сооружений большей высоты определенное выше значение должно быть увеличено на 1 м в расчете на каждые 10 м высоты объекта сверх 30 м.

2.4. Наименьшее допустимое расстояние от защищаемого объекта до троса в середине пролета (см.рис.2) определяется в зависимости от конструкции заземлителя, эквивалентного удельного сопротивления грунта, Ом·м и суммарной длины молниеприемников и токоотводов.

При длине 200 м наименьшее допустимое расстояние , м, равно:

при 100 Ом·м для заземлителя любой конструкции, приведенной в п.2.2 настоящей Инструкции, 3,5 м;

при 1001000 Ом·м:

для заземлителей, состоящих из одной железобетонной сваи, одного железобетонного подножника или заглубленной стойки железобетонной опоры, длина которых указана в п.2.2, а-б настоящей Инструкции, ;

для заземлителей, состоящих из четырех железобетонных свай или подножников, расположенных на расстоянии 3-8 м один от другого, или искусственных заземлителей, указанных в п.2.2г настоящей Инструкции,

СТО 083-004-2010

СТАНДАРТ НП СРО "СОЮЗ СТРОЙИНДУСТРИИ СВЕРДЛОВСКОЙ ОБЛАСТИ"

МОЛНИЕЗАЩИТА ЗДАНИЙ, СООРУЖЕНИЙ, ОТКРЫТЫХ ПЛОЩАДОК И ПРОМЫШЛЕННЫХ КОММУНИКАЦИЙ СИСТЕМАМИ С УПРЕЖДАЮЩЕЙ СТРИМЕРНОЙ ЭМИССИЕЙ. ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРОЕКТИРОВАНИЕ, ТЕХНОЛОГИЯ УСТРОЙСТВА И ТЕХНИЧЕСКАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ

Дата введения 2011-01-15

Предисловие

Настоящий Стандарт организации (СТО) разработан в соответствии с целями и принципами стандартизации в Российской Федерации, установленными Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. N 184-ФЗ "О техническом регулировании" в редакции Федерального закона от 01 мая 2007 г. N 65-ФЗ "О внесении изменений в Федеральный закон "О техническом регулировании" , а также правилами применения национальных стандартов Российской Федерации - ГОСТ Р 1.0-2004 * "Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения" и ГОСТ Р 1.4-2004 "Стандартизация в Российской Федерации. Стандарты организаций. Общие положения", Федеральным законом от 22 июля 2008 г. N 148-ФЗ "О внесении изменений в Градостроительный кодекс Российской Федерации и отдельные законодательные акты Российской Федерации" .
________________
* На территории Российской Федерации документ не действует. Действует ГОСТ Р 1.0-2012 . - Примечание изготовителя базы данных.

В настоящем Стандарте реализованы положения статей - , Федерального закона "О техническом регулировании" , статьи 55 п.2 Федерального закона "О внесении изменений в Градостроительный кодекс Российской Федерации и отдельные законодательные акты Российской Федерации" .

Сведения о Стандарте

1. РАЗРАБОТАН Уральским государственным лесотехническим университетом (г.Екатеринбург), ООО "Компания "КровТрейд" (к.т.н., доцент В.В.Побединский), ООО ТД "Электроизделия" (А.В.Алимов), Управлением Государственного Строительного надзора по Свердловской области (гл.специалист отдела пожарного надзора С.К.Гигин). Под общей редакцией Побединского В.В.

2. ВНЕСЕН НП СРО "Союз стройиндустрии Свердловской области".

3. УТВЕРЖДЕН решением общего собрания НП СРО "Союз стройиндустрии Свердловской области", протокол N 9 от 17 декабря 2010 г.

5. СОГЛАСОВАН "УралНИИпроект РААСН", ОАО "Уралгражданпроект", Уральское управление Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору, Координационный Совет по саморегулированию регионов УРФО.

Введение

Введение

Настоящий Стандарт содержит две части - технические требования и правила по применению и эксплуатации. Таким образом, требования, подлежащие обязательному соблюдению при проектировании и устройстве молниезащиты, а также требования пожарной безопасности изложены в разделе технических требований. В разделе правил приведены методы проектирования и реализации обязательных требований для устройства молниезащиты системами активного типа.

Основным отличием настоящих норм является максимально возможное сокращение описательных требований к средствам и способам молниезащиты зданий, при этом в документе конкретизировано подразделение норм на рекомендуемые и обязательные, определены требования к молниезащите активного типа и основным конструкционным элементам. С учетом европейских стандартов в настоящих нормах повышены требования к коррозионной защите элементов конструкции, а также внутренней молниезащите, что обеспечивает более высокий уровень безопасности объектов и надежности систем.

Оснащение системами молниезащиты различных объектов является обязательной процедурой при строительстве, которая по основным пунктам регламентирована ПУЭ (Правилами устройства электроустановок) и стандартами. В ходе развития систем молниезащиты появляются новые, более эффективные технологии и оборудование. В мировой науке разработаны методы и средства нового поколения защиты от последствий атмосферных разрядов, показавшие на практике высокую эффективность. Одним из таких направлений является использование систем молниезащиты с упреждающей стримерной эмиссией или активной молниезащиты, которые обеспечены соответствующей нормативной базой (стандарты IEC 61024*, IEC 62305*, IEC 61312*) Международной электротехнической комиссии (МЭК) и применяются во всем мире более 30 лет.
________________
* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым здесь и далее по тексту, можно получить перейдя по ссылке на сайт http://shop.cntd.ru . - Примечание изготовителя базы данных.

Опыт использования систем активной молниезащиты появился за последние годы в российской строительной отрасли. Преимущества их очевидны, но отсутствие соответствующей нормативной базы долгое время не позволяло реализовать возможности более прогрессивной технологии защиты. Но повышение этажности застройки, ответственности объектов, увеличение оснащенности практически всех зданий компьютерными, информационными системами, микропроцессорными средствами управления, чувствительными к импульсным перенапряжениям и помехам в электрических сетях, сделали задачу совершенствования молниезащиты чрезвычайно актуальной.

В целом применение активной системы не противоречит общепринятой, так как теоретические основы защиты зданий и промышленных коммуникаций остаются неизменными. Различие заключается в конструкции молниеприемника, которая делает систему значительно эффективнее, надежнее, менее трудоемкой при монтаже и эксплуатации.

Надёжная работа системы молниезащиты зависит от правильного проектирования, объективного назначения проектных решений, строгого соблюдения технологии устройства, применения качественных материалов и комплектующих, а также соблюдения режимов ТОиР конструкции. С этой целью в настоящих нормах и разработан раздел правил, в котором изложены методические рекомендации по проектированию, устройству и эксплуатации систем активной молниезащиты.

1 Область применения

1.1 Настоящие нормы разработаны с учётом стандартов, действующих в Российской Федерации, и устанавливают требования к системам молниезащиты с упреждающей стримерной эмиссией (активной молниезащиты), рекомендованные для всех организаций, осуществляющих деятельность на территории Свердловской области, независимо от форм собственности и государственной принадлежности.

1.2 Настоящий Стандарт разработан на основе стандартов Европейского союза, рекомендаций Международной электротехнической комиссии и гармонизированы с ними по основным положениям.

1.3 Нормы действуют в районах строительства Свердловской области для зданий, сооружений различного назначения, открытых площадок и промышленных коммуникаций.

1.4 Разработанные в развитие раздела технических требований правила (разделы 4, 5, 6) распространяются на проектирование и устройство молниезащиты системами с упреждающей стримерной эмиссией для зданий, сооружений, открытых площадок и промышленных коммуникаций.

1.5 В разделе правил изложены рекомендации по проектированию и конструктивным решениям устройств молниезащиты, рассмотрены основные узлы и опробованные на практике средства и способы устройства конструкций молниезащиты системами с упреждающей стримерной эмиссией, а также способы технической эксплуатации, выполнение которых обеспечивает соблюдение обязательных технических требований.

1.6 При проектировании и устройстве молниезащиты, кроме положений настоящих Территориальных градостроительных норм, должны выполняться требования действующих норм проектирования, правил по охране труда и пожарной безопасности.

2 Нормативные ссылки

4.1.5 Все элементы конструкций, находящихся на крыше здания (антенны, мачты и.т.п.) должны быть расположены внутри защищаемого пространства.

4.2 Требования к конструкциям

4.2.1 Молниеприемник с упреждающей стримерной эмиссией должен быть закреплен наверху металлической мачты таким образом, чтобы его верхняя точка была не менее чем на 2 м выше поверхности или наиболее высокой точки объекта, включая антенны, крыши, резервуары и другие выступающие части.

4.2.2 Высота молниеприемника над поверхностью крыши определяется в соответствии с требуемой категорией и радиусом молниезащиты.

4.2.3 Мачты антенн, находящиеся на крыше, должны быть соединены через искровой разрядник с токоотводной проводкой.

4.2.4 При расположении мачты телевизионной или другой антенны на расстоянии менее 10 метров от мачты молниеприемника, обе опоры на высоте крыши должны быть связаны между собой одножильным медным проводом площадью сечения не менее, чем проводников токоотвода. В этом случае также необходима установка молниеприемника на антенной мачте.

4.2.5 Расстояние молниеприемников до линий электропередачи должно быть не менее 3 м.

4.2.6 Каждый молниеприемник должен иметь не менее одного соединения с заземлением.

4.2.7 Токоотводная проводка должна быть соединена с заземляющим контуром здания.

4.2.8 Токоотводы должны быть закреплены к поверхности покрытий и к стенам. В зависимости от места проводки токоотводов расстояние между элементами крепления предусматривается следующим образом:

Для токоотводов на стенах, малоуклонной и скатной кровле:

По DIN V VDE V 0185 через каждые 0,5 м;

По NFC 17-102, NFC 17-100 не менее 3 держателей на каждый метр длины, т.е. с шагом 0,33 м;

По Российским нормам с шагом 1,5-2 м.

4.2.9 Каждый вертикальный токоотвод должен быть соединен с отдельной точкой заземления в соответствии с требованиями NF C 17-102 (таблицы 4-6), .

4.2.10 В соответствии со стандартами DIN V VDE V 0185 (ч.3, п.4.4.1), сопротивление заземления должно быть не более 10 Ом.

4.2.11 При расположении точек заземления молниеотводов рядом с подземными кабелями электроснабжения или металлическими газопроводами должны соблюдаться меры предосторожности согласно требованиям NFC 17-102 (таблицы 4, 5). При этом заземление должно быть расположено на безопасном расстоянии от находящихся в земле инженерных коммуникаций (металлических трубопроводов, силовых кабелей, кабелей связи, газопроводов). Значения безопасных расстояний приведены в таблице 1. Эти расстояния должны соблюдаться и для трубопроводов, не соединенных с заземляющим контуром здания.

4.2.12 Для неметаллических трубопроводов безопасные расстояния не нормируются.

4.2.13 Для всех объектов, оборудованных молниезащитой в соответствии с требованиями международного стандарта CEI 61643-11, французского стандарта NF EN 61643-11 для защиты от перенапряжения обязательна установка разрядников типа 1 (DDS по NF EN 61643-11).

4.3 Требования к материалам

4.3.1 Используемые материалы и изделия должны быть сертифицированы или иметь соответствующие Технические свидетельства.

Таблица 1 - Безопасные расстояния до заземлителя

4.3.2 Параметры проводников системы молниезащиты в зависимости от материалов приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Параметры проводников системы молниезащиты

4.3.3 В местах соединений материалы проводников должны быть электрохимически совместимы или иметь нейтральную токопроводящую прокладку, например, латунь между медью и оцинкованной сталью.

4.3.4 Все элементы конструкции молниезащиты, подверженные воздействиям агрессивных факторов, должны иметь антикоррозионное покрытие. Заземлители должны иметь токопроводящее антикоррозионное покрытие, а места соединений в грунте дополнительно должны иметь гидроизоляцию, например, специальные клеящиеся ленты, мастики и т.п.

4.3.5 Кровельное покрытие в случае использования в качестве естественных проводников должно иметь следующие значения толщины:

Не менее 0,5 мм, если ее необязательно защищать от повреждений (прожога) и нет опасности воспламенения расположенных под кровлей горючих материалов;

Не менее значений указанных в таблице 3 (, польский стандарт PN-IEC-61024), когда необходимо предохранять кровлю (трубы, корпуса резервуаров) от тепловых деформаций или прожога;

4.3.6 Расположенные на кровле технологические трубы и резервуары при использовании их в качестве естественных проводников должны иметь следующую толщину стенок:

Не менее 2,5 мм, если прожог этих стенок не приведет к опасным последствиям;

В случаях, когда тепловые деформации или прожог могут привести к опасным последствиям, не менее значений, указанных в таблице 3.

Таблица 3 - Толщина естественных проводников

5 ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ МОЛНИЕЗАЩИТЫ С УПРЕЖДАЮЩЕЙ СТРИМЕРНОЙ ЭМИССИЕЙ

5.1 Общие положения и принципы проектирования

5.1.1 Устройство молниезащиты для зданий и промышленных коммуникаций является обязательным мероприятием для обеспечения условий безопасности, поэтому составляют содержание отдельного раздела проекта и закладываются в график строительства или реконструкции здания или сооружения таким образом, чтобы выполнение молниезащиты происходило одновременно с основными строительно-монтажными работами.

5.1.2 Кроме настоящих Градостроительных норм при проектировании и устройстве молниезащиты используются РД 34.21.122 , СО 153-34.21.122 , ПУЭ -редакция 7, ГОСТ Р 50571.19-000.

5.1.3 Настоящие нормы содержат основные положения по комплексной молниезащите, которая обеспечивает как защиту от прямого удара молнии (внешняя молниезащита), так и защиту от импульсных перенапряжений и помех в электрических сетях с номинальным напряжением до 1000 В, информационных сетях, системах передачи данных, управления, контроля и измерения, сигнализации (т.е. внутренняя молниезащита от вторичных проявлений молнии).

5.1.4 Под молниезащитой понимается комплекс технических решений и специальных приспособлений. Проектирование молниезащиты может выполняться для строящегося объекта и для реконструируемого, который был первоначально оборудован классической системой в соответствии с .

5.1.5 Для вновь возводимого здания процесс проектирования включает следующие этапы:

В зависимости от факторов риска и категории защиты принимается концепция защиты;

Определение метода расчета защиты;

Определение конструктивных особенностей здания, сооружения и системы коммуникаций;

Выполнение общих расчетов конструктивных параметров системы защиты;

Выполнение расчетов и разработка отдельных элементов системы защиты здания;

Выполнение расчетов и разработка отдельных элементов системы защиты коммуникаций;

5.1.6 Для реконструируемого объекта, первоначально оснащенного классической системой защиты, такой процесс включает обследование существующего состояния внешней и внутренней молниезащиты.

5.1.7 В общем виде процесс проектирования представлен на рисунке 1.

Рисунок 1 - Алгоритм процесса проектирования молниезащиты

Рисунок 1 - Алгоритм процесса проектирования молниезащиты

5.1.8 Перед проектированием внешней защиты от молнии необходимо установить категорию защиты, которая необходима для объекта данного типа, место установки молниеприемника, место и тип проводников заземления и устройства заземления. Следует принимать во внимание архитектурные ограничения. Учет ограничений может вносить корректировки в конструкцию системы молниезащиты, снижающие ее эффективность.

5.1.9 В настоящих правилах рассматривается устройство защиты от молнии объектов любой высоты над поверхностью земли, при этом для объектов свыше 60 м учитываются дополнительные требования.

5.1.10 Принцип подбора активного молниеприемника делится на две части:

Возможность попадания молнии и установление категории защиты от молнии;

Подбор места установки системы молниезащиты и ее элементов.

5.1.11 При проектировании учитываются следующие факторы:

Размеры объекта;

Характеристики окружающей среды здания (одинокий объект, на возвышенности, окруженный другими зданиями, деревьями, высота которых может быть больше, равна или меньше высоты здания);

Количество людей в здании, условия эвакуации и др.;

Возможность паники при эвакуации;

Наличие свободных проездов (проходов);

Уровень контроля технологических процессов объекта;

Наличие в здании чувствительной электронной аппаратуры и устройств;

Наличие в здании горючих материалов;

Уклоны и конфигурацию крыши;

Тип кровли, стен и несущих конструкций;

Наличие металлических частей крыши и крупногабаритных конструкций (газовые обогреватели, подъезды, антенны, водные резервуары);

Тип водостока крыши и наличие водосточных труб;

Типы материалов основных конструкций здания (металлические или изолирующие материалы);

Наличие наиболее незащищенных точек объекта (архитектурно-ландшафтные объекты, выступающие части здания, башни, трубы и дымоходы, стоки, подъезды, инженерное оборудование на плоской крыше, элементы вентиляции, системы по чистке стен, перила и др.;

Металлические трубопроводы инженерных коммуникаций объекта (водопроводные, газовые, электрические и проч.);

Наличие дополнительных преград, которые могут преградить путь молнии (наземные электрические линии, металлические заборы, деревья и т.д.);

Состояние окружающей среды, вызывающее повышенную коррозию металлов (наличие промышленных выбросов с содержанием химически агрессивных элементов, цемента, соли, нефтепродуктов).

5.2 Уровни молниезащиты зданий и сооружений

5.2.1 Требуемая степень защиты зданий, сооружений и открытых установок от воздействия атмосферного электричества зависит от взрыво-пожароопасности объектов и обеспечивается правильным выбором категории устройства молниезащиты и типа зоны защиты объекта от прямых ударов молнии. Категория защиты устанавливается на основании подробной информации об объекте и оценке факторов риска.

5.2.2 В соответствии с назначением объектов категория молниезащиты определяется по п.4.1 в зависимости от опасности ударов молнии для самого объекта и его окружения.

5.3 Средства молниезащиты с упреждающей стримерной эмиссией

5.3.1 Средства молниезащиты на сегодняшний день по типу подразделяются на:

Рисунок 2 - Различные системы молниезащиты

А) - классическая система с установкой молниеприемников в центре крыши, зона защиты (слева) неравномерная, внутренний двор не защищен; б) - классическая система с установкой молниеприемников по периметру крыши, зона защиты (слева) равномерная, внутренний двор не защищен; в) - система активной молниезащиты с одним молниеприемником и токоотводом, зона защиты (слева) охватывает все здание и прилегающую территорию; г) - активная молниезащита резервуаров; д) - активная молниезащита ангаров; е) - активная молниезащита открытых площадок; ж) - классическая система натянутых тросов для защиты открытых площадок.

Рисунок 2 - Различные системы молниезащиты

5.3.13 Сравнительные характеристики систем молниезащиты различного типа приведены в таблице 4.

Таблица 4 - Сравнительные характеристики систем молниезащиты

5.3.1 Назначение и область применения

5.3.1.1 Система активной молниезащиты предназначена для защиты объектов от прямых ударов молнии без применения дополнительной молниезащитной сетки на кровле зданий и сооружений. Одновременно обеспечивается внутренняя молниезащита.

5.3.1.2 Система активной молниезащиты применяется для обеспечения I, II, III категорий молниезащиты промышленных и стратегических объектов, объектов в гражданском строительстве, объектов индивидуального строительства и открытых площадок.

5.3.1.3 Молниеприемник обеспечивает уровень молниезащиты I, II, III категорий в соответствии с СО 153-34.21.122 (п.2.2).

5.3.1.4 Применение системы активной молниезащиты на объектах с требуемым уровнем молниезащиты IV категории рекомендуется после экономического обоснования.

5.3.2 Принцип действия

5.3.2.1 В принципе действия системы активной молниезащиты используется явление образования во время грозы вокруг молниеприёмника области ионизации. Чтобы обеспечить оптимальные условия для восходящего разряда, требуется наличие первичных электронов на верхнем конце стержня. Испускаемые в виде плазмы электроны должны способствовать образованию восходящего разряда, т.е. ионизированная плазма должна совпадать по фазе с восходящим электрическим полем на уровне земли. Такие условия реализуются в молниезащите с упреждающей стримерной эмиссией.

5.3.2.2 При появлении напряженности электромагнитного поля между грозовым облаком и землей ионизатор под действием градиента поля заряжается. С приближением нисходящего лидера напряженность увеличивается. В момент времени, когда напряженность электрического поля между грозовым облаком и поверхностью земли достигнет критического значения (т.е. разряд молнии становится неизбежным или от 50 до 100 кВ/м) индукционным усилителем генерируется старт "восходящего лидера" (импульсов высокого напряжения), направленного навстречу "нисходящему лидеру" (молния от облака). В этом случае образуется канал для прохода грозового заряда к молниеприёмнику и, если молния будет продолжать свой путь в стороны защищаемого объекта, то она будет "притянута" к молниеприемнику (в пределах его расчетной зоны защиты).

5.3.2.3 Молниеприёмник является полностью автономной системой, становится активным только когда возникает реальная угроза удара молнии, не требует внешнего источника электропитания и технического обслуживания.

5.3.2.4 Принципиальная электрическая схема молниезащиты с упреждающей стримерной эмиссией приведена на рисунке 3. Головка молниеприемника состоит из корпуса и стержня, которые являются одновременно электродом, собирающим электрический заряд из электрического поля грозовой тучи (или исходящего лидера) - в приведенной схеме это конденсатор . Внутри корпуса находится специальная катушка с высокой индуктивностью (порядка несколько Генри) - на схеме это узел индуктивно-резисторный . С катушкой последовательно соединен разрядник с емкостью .

Рисунок 3 - Электрическая схема молниезащиты с упреждающей стримерной эмиссией

Рисунок 3 - Электрическая схема молниезащиты с упреждающей стримерной эмиссией

5.3.2.5 Высоковольтные резисторы и конденсаторы соединены по схеме Маркса. Заряд конденсаторов от внешнего поля происходит через резисторы, а разряд через разрядники, настроенные на напряжение порядка 12-14 кВ. При разряде конденсаторов напряжения складываются и формируется импульс амплитудой более 200 кВ.

5.3.2.6 Процесс срабатывания молниезащиты складывается из двух фаз.

Первая фаза - зарождение (появление) нижнего лидера.

При приближении грозового фронта возрастает напряженность поля у поверхности земли, что приводит к наведению на антеннах молниеприемника напряжения, которым заряжается конденсатор до максимального напряжения (порядка 10-30 кВ). Разряд разрядника приводит к переплыву тока через катушку. На стержне головки появляется (индуцируется) напряжение, величина которого почти в два раза может превышать величину, появляющуюся в случае применения классической системы.

Вторая фаза - переплыв тока молнии.

При достижении напряжения на конденсаторах 10-30 кВ происходит пробой разрядников и формирование короткого импульса величиной более 200 кВ. Полярность импульса противоположна полярности грозового фронта. Импульс создает ионизированный канал (обратный разряд) для направления молнии в молниеприемник. Этот ионизированный канал условно увеличивает действующую высоту молниеприемника, не зависящую от полярности грозового разряда и многократно расширяет зону его защиты.

5.3.2.7 Как следует из принципа действия, основной характеристикой молниеприемника с упреждающей стримерной эмиссией является период времени создания обратного разряда. Этот параметр определяется экспериментально для каждого типа молниеприемника. Реальные условия моделируются в лаборатории высокого напряжения по принципу суперпозиции путем складывания напряженности постоянного поля, которое создается во время грозы, и направленного вниз импульсного поля разряда молнии. Результаты испытаний сравниваются со значением времени создания разряда от стержневого молниеприемника классического типа в одинаковых условиях.

5.3.3 Конструкция

5.3.3.1 Конструкция молниезащиты активного типа (рисунок 4) состоит из следующих элементов:

Рисунок 4 - Схема системы внешней молниезащиты

1 - головка молниеприемная; 2 - трубчатая мачта из нержавеющей стали; 3 - держатель мачты; 4 - соединитель мачты и токоотвода; 5 - токоотвод; 6 - счетчик молний; 7 - соединитель контрольный; 8 - заземление.

Рисунок 4 - Схема системы внешней молниезащиты

1. Молниеприемник

1.1. Головка молниеприемная

1.2. Мачта

1.3. Держатели (крепления) мачты

1.4. Опора башенная

2. Токоотводы

2.1. Проводники

2.2. Держатели

2.2.1. Универсальные

2.2.2. Коньковые

2.2.3. Для мягкой кровли

2.2.3. Черепичные

2.2.4. Дистанционные

2.2.5. Кронштейны, анкеры, хомуты

2.3. Соединители

2.3.1. Контрольные

2.3.2. Крестообразные

2.3.3. Т-образные

2.3.4. Универсальные плоские

2.3.5. С заземлителем

3. Счетчик разрядов молний

4. Устройства защиты коммуникаций от импульсов

4.1. Искровые разрядники или варисторы для ограничения импульсов тока

4.2. Варисторные ограничители импульсов напряжений

4.3. Специальные ограничители импульсов для информационных и управляющих систем

5. Заземлители

5.3.3.2 Головка молниеприемная

1) Элементы схемы молниеприемной головки размещены внутри герметичной трубы, изготовленной из нержавеющей стали или меди, на внутренней поверхности которой размещена изолирующая конструкция, предохраняющая от развития поверхностного электрического разряда, и система защитных разрядников, предохраняющая молниеприемник от разрушения в момент разряда молнии.

2) На верхнем фланце головки находится молниеприемный стержень, обеспечивающий работу элементов схемы. Крепление на мачту выполняется, как правило, с помощью винта. Внешний вид головки различных марок приведен на рисунке Б.1, устройство показано на рисунке Б.1, д.

5.3.3.3 Стойки и мачты

1) Изготовленные из специальной высокопрочной стали и оцинкованные внутри и снаружи, стойки обеспечивают возможность установки молниеприемников на высоту до 8 м без использования проволочных оттяжек.

2) Телескопические секции (рисунок Б.2, л) скрепляются между собой двумя зажимными винтами из нержавеющей стали с водонепроницаемыми втулками (рисунок Д.1, в).

3) Молниеприемник ввинчивается в верхнюю часть первой секции. Стойки могут быть в исполнении из нержавеющей стали высотой до 5 м или из меди высотой до 2 м.

5.3.3.4 Легкие башенные опоры

1) Легкие башенные опоры несущей конструкции (рисунок Б.2, ж) изготавливаются из высокопрочной стали и подвергаются горячему цинкованию методом погружения. Они позволяют устанавливать молниеприемники на высоту до 40 м, например, для защиты открытых площадок.

2) Башенные опоры поставляются в виде комплектов секций длиной 3 или 6 м. В комплект могут входить металлические кронштейны крепления, которые заделывается в бетонный фундаментный блок. Стойка для крепления молниеприемника может быть установлена наверху башенной опоры (рисунок А.2, ж).

3) Максимальная занимаемая площадь на поверхности земли не более 1,0 м (рисунок Б.2, ж).

5.3.3.5 Башенные опоры с проволочными оттяжками

1) Башенные опоры из горячеоцинкованной стали и рассчитанные на монтаж с использованием проволочных оттяжек, изготавливаются секциями длиной 3 м и шириной 0,25 м. Секции крепятся друг к другу болтами, а основания могут поставляться либо с шипом, либо в виде плоского основания для крепления на земле.

2) Проволочные оттяжки необходимо крепить через каждые 6 м (через каждые 2 секции) к трем отдельным анкерам, расположенным на уровне земли на расстоянии от основания, равном половине высоты башенной опоры.

3) Стойка для крепления молниеприемника может быть установлена наверху башенной опоры (рисунок Б.2, и).

5.3.3.6 Легкие мачты несущей конструкции

1) Изготовленные из легковесных горячеоцинкованных труб (рисунок Б.2, в, л), секциями по 3 или 6 м, скрепляемых болтами, легкие мачты несущей конструкции устанавливаются либо на земле с помощью кронштейнов, заделываемых в бетон, либо крепятся к торцевой стене здания с помощью консольных монтажных кронштейнов (рисунок Б.1, к).

2) Легкие мачты несущей конструкции позволяют устанавливать молниеприемники на высоту до 15 м. Молниеприемник ввинчивается в верхнюю часть мачты.

3) При наличии надежного фундамента проволочные оттяжки не требуются (рисунок В.1, и).

5.3.3.7 Крепеж одиночных стержней и стоек

1) Кронштейны из оцинкованной стали на болтах для бокового крепления (рисунок Д.1, д). Используются для консольного крепления стойки со смещением до 300 мм на вертикальной поверхности. Кронштейн крепится двумя чугунными шпильками.

2) Для крепления стойки на вертикальной поверхности используются винтовые кронштейны крепления.

3) Для крепления стойки на любом вертикальном трубчатом основании используются монтажные кронштейны для смещенного (на 150-240 мм) крепления из оцинкованной стали или кольцевые хомуты крепления (рисунок Д.1, ч).

4) Для бокового крепления стойки используются стеновые анкеры (держатели) из оцинкованной стали, которые при монтаже заделываются в стену (рисунок Д.1, ш-ю).

5) Хомуты из цинкованной стали для крепления с небольшим смещением до 100 мм.

6) Универсальные кронштейны используются для крепления стойки на вертикальном или горизонтальном трубчатом основании.

5.3.3.2* Проводники
_______________

1) Плоские проводники из металлической полосы, наиболее часто шириной 25, 30, 40 и толщиной до от 3,0 до 3,5 мм. Лента может быть в следующем исполнении:

Лужёная медная;

Алюминиевая;

Из нержавеющей стали;

Из оцинкованной стали.

2) Круглые неизолированные проводники диаметром 8 или 10 мм, в прутках по 3 м или в бухтах могут быть следующие:

Медный без покрытия;

Медный луженый;

Стальной оцинкованный;

Алюминиевый.

5.3.3.2* Соединения
_______________
* Нумерация соответствует оригиналу. - Примечание изготовителя базы данных.

1) Для соединения проводников токоотводов используются плоские зажимы универсальные, крестообразные или Т-образные (рисунок Д.1, ж, м, п, р).

2) Для медных токоотводов рекомендуются зажимы латунные, для стальных токоотводов следует использовать зажимы из оцинкованной стали. Соединение проводников из различных металлов выполняются из биметаллических зажимов (рисунок Д.1, аж).

3) Предусмотрены конструкции зажимов для соединения плоских, круглых и круглых с плоскими полосами (рисунок Д.1, аж, к). 9) Счетчик молний (рисунок Б.2, г), искровые разрядники для соединения с токоотводом поверхностей с большим потенциалом (мачты антенн, металлические конструкции большой массы, возвышающиеся элементы).

5.3.4 Молниеприемники

5.3.4.1 Молниеприемник является составной частью внешней системы молниезащиты, предназначенной для улавливания разряда молний.

5.3.4.2 При реконструкции молниезащиты система с упреждающей стримерной эмиссией может применяться без демонтажа классических молниеприемников.

5.3.4.3 Молниеприемники классической системы конструктивно разделяются на следующие типы:

5.3.4.4 Конструкция и способы монтажа классической системы должны соответствовать требованиям СО 153-34.21.122 (п.3.2.4) или РД 34.21.122 (п.3).

5.3.4.5 Если защита объекта обеспечивается простейшими молниеприемниками (одиночным стержневым, одиночным тросовым, двойным стержневым, двойным тросовым, замкнутым тросовым), размеры молниеприемников можно определять, пользуясь заданными в СО 153-34.21.122 зонами защиты.

5.3.4.6 Для системы с упреждающей стримерной эмиссией при расчетах определяется зона защиты одного молниеприемника (рисунок 5).

Рисунок 5 - Зона молниезащиты активного молниеприемника

Рисунок 5 - Зона молниезащиты активного молниеприемника

5.3.5 Счетчик молний

5.3.5.1 Регистрация количества разрядов молнии в активный молниеприемник выполняется с помощью счетчика молний (счетчика атмосферных разрядов), который закрепляется на одном, как правило, на самом коротком из токоотводных проводов (рисунок 24). Счетчик может устанавливаться над контрольным соединением и на высоте не менее двух метров над поверхностью земли.

5.3.5.2 Принцип действия счетчика основан на том, что импульс протекающего в молниеотводной проволоке тока величиной от 1 до 100 кА, создает вокруг молниеотводной проволоки электромагнитное поле, которое пропорционально напряжению тока в проводнике. Эта зависимость позволяет косвенно, т.е. через измерение напряжения электромагнитного поля измерить ток молнии.

5.3.5.3 Измерительным элементом счетчика является так называемая антенна в виде катушки с ферритовым стержнем. Считающим (регистрирующим) элементом разряда молнии является импульсный электромеханический счетчик, который при регистрации каждого импульса изменяет показание - увеличивает цифровое показание табло на "1". Такой счетчик разрядов имеет микропроцессор, который анализирует индуктивное напряжение в антенне и управляет электромеханическим счетчиком. Микропроцессор питается от батарейки, которая обеспечивает работу счетчика не менее 3 лет. Распространены счетчики двух исполнений (приложение Б) в виде показаний табло от 0 до 9 и от 0 до 99. Тестирование работы, считывание и удаление показаний счетчика реализуется с помощью магнитного ключа.

5.3.6 Токоотводы

5.3.6.1 Токоотводы в любой системе молниезащиты предназначены для передачи тока молнии от молниеприемника к заземлителю. Отличие устройства токоотводов активной молниезащиты от классической только в их количестве. В остальном технические требования, устройство, монтаж аналогичны и выполняются в соответствии с требованиями .

5.3.6.2 Подключаемые к молниеприемнику токоотводы должны соответствовать требованиям СО 153-34.21.122 (п.3.2.2, 3.2.3).

5.3.6.3 Установка токоотводов должна соответствовать требованиям СО 153-34.21.122 (п.3.3).

5.3.6.4 Количество токоотводов определяется в зависимости от габаритов и категории защищаемого объекта.

5.3.6.5 При использовании стальных токоотводов предпочтение должно отдаваться оцинкованной стали, так как обычная сталь, коррозируя на стенах зданий, где они прокладываются, образует несмываемые ржавые пятна.

5.3.6.6 В целях снижения вероятности возникновения опасного искрения токоотводы располагаются таким образом, чтобы между точкой поражения и землей:

Токоотводы прокладывались по кратчайшему пути;

В зависимости от конструкционных особенностей ток проводился по нескольким параллельным проводникам.

5.3.6.7 Для соединения каждого активного молниеприемника с системой заземления должно быть предусмотрено не менее одного проводника. Два и более проводника необходимы в следующих случаях (рисунок 6):

Горизонтальная проекция В проводника больше, чем его вертикальная А проекция;

Активный молниеприемник оборудован на зданиях выше 28 метров.

Рисунок 6 - Расчетная схема для выбора количества токоотводов

Рисунок 6 - Расчетная схема для выбора количества токоотводов

5.3.6.8 При укладке двух проводников они должны быть расположены на двух противоположных стенах здания.

5.3.6.9 При использовании негорючих изоляционных каналов площадь их внутреннего сечения должна быть не менее 2000 мм.

5.3.6.10 При проектировании следует учитывать меньшую эффективность защиты от молнии при внутреннем монтаже токоотводов, трудность осмотра и обслуживания в этом случае, а также риска, появляющегося из-за распространения разряда молнии внутри здания.

5.3.6.11 Если объект имеет негорючее покрытие (металлическое, бетонное, стяжка и др.), токоотвод может быть уложен под покрытием и при необходимости закреплен к несущим конструкциям. Проводящие элементы покрытия и несущих конструкций должны быть соединены с токоотводом сверху (с начала) до низа (до конца). При этом следует учитывать, что укладка токоотводов под конструктивными слоями и заведение разряда молнии под покрытия являются наименее предпочтительными решениями. В этих случаях исключается возможность обслуживания проводников, термические воздействия могут приводить к разрушениям монолитных покрытий, например, стяжек и возможны другие недостатки.

5.3.6.12 Токоотводы изготавливаются из круглых или плоских проводников. Минимальная площадь их поперечного сечения должна быть не менее 50 мм стальных, 25 мм алюминиевых и не менее 16 мм медных проводников. Материалы и размеры типовых токоотводов приведены в таблице 5.

Таблица 5 - Характеристики токоотводов

5.3.6.13 Использовать коаксиальный кабель для токоотводов не допускается.

5.3.6.14 Рекомендуется использовать медные проводники с антикоррозионным покрытием из-за их физических, механических и электрических свойств (проводимость, технологичность обработки (гибкость), антикоррозийные свойства и др.).

5.3.6.15 Контрольное соединение

Каждый токоотвод подключается к заземлителю контрольным соединением, который должен иметь возможность отключения для замеров сопротивление заземлителя. Как правило, контрольные соединения ставятся на токоотводы на расстоянии не менее двух метров над поверхностью земли. Соединения токоотводов с заземляющим контуром устанавливается в специальных ящиках для контрольных соединений, которые обозначаются символом заземления.

5.3.6.16 Использование элементов зданий в качестве токоотводов

1) Активный молниеприемник должен быть соединен с металлическими конструкциями здания, электрически связанными с системой заземления объекта. Элементы здания могут быть использованы в качестве проводников заземления при соблюдении следующих требований:

Внешние соединительные конструкции должны иметь переходные сопротивления не более 0,03 на каждый контакт;

Внешние металлические конструкции, длина которых не более высоты объекта;

Плотно соединенные внутренние или вмонтированные в стены металлические конструкции, у которых имеются соединения, гарантирующие надежный электрический контакт между разными секциями.

2) Если в качестве токоотводов используется арматура железобетона предварительного натяжения, следует оценивать риск, который вызывает нагревание от тока разряда молнии.

3) Металлические листы, прикрывающие охраняемую зону при условии, что:

Гарантирована электропроводность на длительный период эксплуатации между всеми частями;

Металлические листы не имеют защитного покрытия изолирующим материалом (тонкий слой краски, слой битуминозного покрытия до 1 мм или слой ПВХ до 0,5 мм не считается изоляцией).

4) Следует учитывать возможную замену элементов данного здания в процессе эксплуатации и в случае реконструкции предусматривать другие проводники.

5.3.7 Эквипотенциальные соединения для обеспечения молниезащиты

5.3.7.1 Во время разряда молнии создается разница потенциалов между токоотводными проводниками, заземлением и несоединенными с ними металлическими конструкциями, поэтому в случае пробоя разрядом электричества может появиться искра. Для обеспечения безопасности все металлические конструкции сооружения должны быть соединены электрической связью с системой защиты от молнии или необходимо выдержать соответствующее безопасное расстояние между этими конструкциями и системой молниезащиты. Безопасное расстояние - минимальное расстояние от токоотводов до заземленных металлических конструкций, через которые может появиться искра. Несоблюдение этого расстояния повышает риск образования при ударе молнии опасных искровых разрядов.

5.3.7.2 Определение безопасного расстояния проводников от проводящих масс

1) Безопасное расстояние определяется по формуле :

где - коэффициент величины тока молнии в токоотводах, зависит от количества вертикальных проводников, соединенных с молниеприемником, и может быть определен в соответствии с DIN V VDE V 0185 (ч.3) следующим образом:

Коэффициент уровня защиты,

Коэффициент среды между двумя проводниками (для воздуха 1, для твердого материала, бетона, кирпича и др. 0,5);

Величина вертикального расстояния либо между рассматриваемой металлической массой и ее собственным сетевым заземлением, либо между металлической массой и эквипотенциальным соединением с ближайшим вертикальным токоотводом.

2) Таким образом, эквипотенциальные соединения внешних металлических масс предусматриваются в случаях, когда расстояние, отделяющее металлическую массу от вертикального токоотвода, меньше безопасного расстояния , рассчитанного по формуле (1).

Пример

Молниеотвод с упреждающей стримерной эмиссией защищает здание высотой 25 метров, категория защиты II. Определить необходимость соединения вертикального проводника с металлической массой на крыше, подсоединенной к сетевому заземлению и расположенной в 2 метрах от вертикального проводника.

По формуле (1) рассчитывается безопасное расстояние от проводника:

Фактическое расстояние (2 м) больше безопасного расстояния (1,88 м), поэтому соединение вертикального проводника с металлической массой допускается не выполнять.

3) Расстояние молниеприемников до газовых трубопроводов должно быть не менее 3 м.

4) Дополнительно для эквипотенциальных соединений вертикальных токоотводов должны выполняться следующие условия:

Все внешние металлические объекты, находящиеся на расстоянии до 1 м от вертикального проводника должны присоединяться к токоотводу;

Все протяженные по высоте здания металлические объекты должны соединяться в верхней и нижней части с токоотводами.

Если в стене отсутствует токопроводящий элемент (например, арматура), вертикальные проводники должны располагаться на расстоянии не менее 1 м от металлического токопроводящего элемента (например, кабельных магистралей электросети).

5.3.7.3 Для антенн или мачт, поддерживающих электрические кабели, эквипотенциальные соединения должны выполняться через искровой разрядник.

5.3.7.4 Эквипотенциальные соединения внутренних металлических масс предусматриваются с учетом следующих требований:

Внутри защищаемого строения должны быть предусмотрены одна или несколько шин заземления, соединенных с ближайшей цепью заземления;

Все металлические массы в пределах строения должны быть соединены с шиной заземления;

Все стальные конструкции, водопроводы, металлическое экранирование и проводники системы электроснабжения, телефонной сети и т.п. также должны быть соединены с шиной заземления;

Электрические и телефонные кабели без экранирования должны быть соединены с системой молниезащиты через устройство защиты от перенапряжения.

5.3.8 Заземление

5.3.8.1 Заземление является составной частью внешней системы молниезащиты, предназначенное для распределения тока разряда в грунте.

5.3.8.2 Необходимым условием ограничения грозовых перенапряжений в цепи молниеприемника, а также на металлических конструкциях и оборудовании объекта является обеспечение низких сопротивлений заземления. Поэтому в системе молниезащиты нормированию подлежит сопротивление заземлителя и другие, связанные с сопротивлением характеристики.

5.3.8.3 Распределение тока молнии без возникновения перенапряжений может зависеть от формы, габаритов и конструктивного решения заземления. В определенных случаях, при отсутствии рабочего заземления зданий, естественных заземлителей, могут предусматриваться с учетом требований РД 34.21.122 различные конструкции заземления (рисунок 7).

Рисунок 7 - Типичные схемы заземления

А) - два вертикальных заземлителя; б) - три горизонтальных заземлителя ("гусиные лапы"); в) - три вертикальных заземлителей на концах горизонтальных; г) - три горизонтальных с вертикальными; д) - "гусиные лапы" с сетками из заземлителей; е) - комбинация заземлителей; ж) - соединение в равносторонний треугольник; з) - соединение треугольников.

Рисунок 7 - Типичные схемы заземления

5.3.8.4 Заземлители должны быть соединены с устройством уравнивания потенциалов.

5.3.8.5 В соответствии с принятой концепцией молниезащиты российскими нормативными требованиями заземление электрооборудования объекта и молниезащиты должны быть общими. Каждый токоотвод должен быть соединен с заземлителем. Устройства заземления должны соответствовать следующим требованиям:

Сопротивление заземлителя не должно превышать 10 ;

Для надежного отвода тока молнии конструкция заземления должна состоять не менее чем из двух стержней.

5.3.8.6 Заземлитель должен быть оборудован с внешней стороны здания, горизонтальные проводники должны быть уложены на глубине не менее 0,5 м и на расстоянии не ближе 1 м до фундамента.

5.3.8.7 Сопротивление заземления зависит от исходного сопротивления грунта (таблица 6). С учетом этого сопротивления длина горизонтального или вертикального заземлителя рассчитывается по формуле:

Где - исходное сопротивление грунта (·м);

Сопротивление заземлителя (); .

Таблица 6 - Исходное сопротивление грунта

5.3.8.8 В месте соединения каждого токоотвода с заземлителем должен быть установлен элемент соединения (контрольный соединитель), таким образом, чтобы, разъединив его, можно было измерить сопротивление заземлителя.

5.3.8.9 Параметры проводников для заземлителей приведены в таблице 7.

Таблица 7 - Параметры проводников для заземлителей